Шарнирное устройство
Изобретение относится к медицине. Шарнирное устройство для ортезов или протезов содержит верхнюю часть, установленную на ней с возможностью вращения вокруг оси поворота нижнюю часть и тормозной механизм, выполненный с возможностью затормаживания или блокирования движения поворота нижней части относительно верхней части. Между двумя упорами (6, 7) с возможностью натяжения вокруг оси (4) скручивания параллельно оси поворота установлена спиральная пружина (5), которая при натяжении в направлении упоров (6, 7) вступает в контакт с ними. Изобретение обеспечивает возможность раскрытия или блокирования шарнирного устройства с небольшим усилием включения при габаритах, сопоставимых с размерами конечностей человека. 19 з.п. ф-лы, 14 ил.
Изобретение относится к шарнирному устройству для ортезов или протезов, содержащему верхнюю часть, установленную на ней с возможностью вращения вокруг оси поворота нижнюю часть и тормозной механизм, который затормаживает или блокирует движение поворота нижней части относительно верхней части.
Из уровня техники известно множество шарнирных устройств для ортезов и протезов, которые обеспечивают поворотное расположение двух компонентов протеза или ортеза по отношению друг к другу. При расположении шарнирного устройства в качестве коленного сустава желательна возможность регулирования амортизации на фазах переноса и стояния,
Расположение шарнирного устройства в одноосном плечевом суставе должно обеспечивать блокировку протеза руки или ортеза от падения вниз. То же относится к расположению шарнирного устройства в локтевом суставе.
Существуют различные принципы действия тормозного механизма в этих суставах, описанных в известных устройствах, например, DE 3299086, DE 932070841. Помимо блокировки с геометрически замыканием в заданных фиксированных положениях существует возможность гидравлической амортизации или затормаживания движений. Однако такие устройства гидроуправления технологически очень сложны и связаны с недостатками в отношении значительных габаритов и массы.
Задачей настоящего изобретения является создание шарнирного устройства, которое можно было бы раскрыть или блокировать с небольшим усилием включения и которое одновременно обладало габаритами, сопоставимыми с размерами конечностей человека. В частности, медиально-латеральная протяженность должна поддерживаться как можно меньшей, чтобы при применении в ортезе обеспечить незаметное ношение под одеждой.
Согласно изобретению эта задача решается посредством шарнирного устройства для ортезов или протезов, содержащего верхнюю часть, установленную на ней с возможностью вращения вокруг оси поворота нижнюю часть и тормозной механизм, выполненный с возможностью затормаживания или блокирования движения поворота нижней части относительно верхней части, причем между двумя упорами с возможностью натяжения вокруг оси скручивания параллельно оси поворота установлена спиральная пружина, которая при натяжении в направлении упоров вступает в контакт с ними.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения заключаются в следующем:
- ось скручивания совпадает с осью поворота;
- упор выполнен радиально-коническим или радиально-криволинейным;
- конфигурация спиральной пружины соответствует конфигурации упоров;
- угол клина упоров составляет от 10 до 50°;
- спиральная пружина выполнена с возможностью регулирования своего натяжения;
- в своем исходном положении спиральная пружина находится в контакте с упорами;
- спиральная пружина связана с актуатором, который выполнен с возможностью ее натяжения к упорам в направлении навивки спирали или против него;
- актуатор представляет собой исполнительный двигатель;
- актуатор связан со спиральной пружиной посредством рычага или зубчатого колеса или его части;
- рычаг или зубчатое колесо подпружинен в направлении блокирования;
- в своем исходном положении спиральная пружина натяжена к актуатору в направлении блокирования;
- предусмотрено сенсорное устройство, выполненное с возможностью измерения усилий, моментов и/или углового положения верхней и нижней частей по отношению друг к другу и связанное с блоком управления, который, в свою очередь, выполнен с возможностью приведения в действие актуатора в зависимости от измеренных величин и с возможностью натяжения спиральной пружины;
- актуатор выполнен с возможностью управления посредством миоэлектрических сигналов;
- актуатором связано устройство для определения пространственной ориентации верхней части и/или нижней части;
- с актуатором связано устройство для определения возникающих в ортезе ускорений верхней и/или нижней части или закрепленных на них устройств;
- по меньшей мере, один упор установлен с возможностью осевого смещения;
- спиральная пружина выполнена многозаходной;
- спиральная пружина имеет нелинейную геометрическую форму;
- упоры связаны с пакетом пластин для увеличения числа поверхностей трения.
Предложенное в изобретении шарнирное устройство для ортезов или протезов, содержащее верхнюю часть, установленную на ней с возможностью вращения вокруг оси поворота нижнюю часть и тормозной механизм, который затормаживает или блокирует движение поворота нижней части относительно верхней части, предусматривает, что между двумя упорами с возможностью натяжения в их направлении вокруг оси скручивания параллельно оси поворота установлена спиральная пружина, которая при натяжении в направлении упоров вступает в контакт с ними. За счет этого боковые стороны спиральной пружины прижимаются к упорам. В результате трения создается очень высокий тормозной момент при очень малых усилиях и ходах включения. Выполнение в виде спиральной пружины обеспечивает очень малую конструктивную величину в медиально-латеральном направлении, даже если за это приходится расплачиваться относительно большим диаметром. За счет натяжения спиральной пружины в направлении упоров ее отдельные витки стремятся сместиться в этом направлении. Однако из-за упоров это невозможно, так что спираль заклинивается и может быть реализован тормозной или блокировочный момент. Благодаря клиновому эффекту натяжение усиливается, так что возникает самоусиливающаяся система. Когда верхняя и нижняя части совершают движение по отношению друг к другу против направления навивки, витки отходят от упоров, в результате чего всегда возможно почти беспрепятственное движение, если трение вследствие натяжения не настолько велико, чтобы нельзя было, по меньшей мере, компенсировать движение раскрытия.
В одном варианте осуществления изобретения упоры выполнены фигурными, в частности радиально-коническими или радиально-криволинейными, чтобы увеличить поверхность трения и использовать лежащие друг за другом радиально наружу витки спиральной пружины. Этим достигается прогрессивная тормозная характеристика. При этом контур спиральной пружины предпочтительно соответствует контуру упоров для образования как можно большей поверхности трения между ними и боковыми сторонами спиральной пружины. Коническое или постоянно-криволинейное выполнение упоров и контура спиральной пружины обеспечивает дополнительный клиновой эффект, который вызывает большое повышение усилия. Предусмотрены также разрывные геометрические формы сечения, например многократно конические или криволинейные контуры аналогично контуру ели. Это позволяет уменьшить конструктивную ширину при данном угле клина.
Особенно компактная конструкция возникает в том случае, если ось скручивания спиральной пружины совпадает с осью поворота шарнира.
При коническом выполнении упоров предпочтителен угол от 10 до 50°. Меньшие углы таят в себе опасность самостопорения, а бульшие углы увеличивают конструктивное пространство в медиально-латеральном направлении и уменьшают самоусиление, что нежелательно.
Спиральная пружина предпочтительно регулируется по своему натяжению и в своем исходном положении может находиться в контакте с упорами. За счет этого в том направлении поворота, которое должно быть блокировано, вследствие самоинициирующегося и усиливающегося тормозного эффекта всегда обеспечено надежное тормозное действие, даже если для движения шарнирного устройства против этого направления приходится прикладывать определенный момент, чтобы преодолеть начальное тормозное действие спиральной пружины.
В одном варианте осуществления изобретения спиральная пружина связана с актуатором, который натягивает или ослабляет ее. За счет этого можно осуществлять активное управление шарнирным устройством, например, поскольку желаемое ослабление спиральной пружины, т.е. ее расширение или сжатие в направлении от упоров, всегда обеспечивает свободную подвижность. С другой стороны, за счет достаточно сильного натяжения в направлении упоров может происходить постоянное и надежное блокирование шарнирного устройства или затормаживание движения поворота.
Актуатором является предпочтительно исполнительный или серводвигатель, который для повышения исполнительного усилия и натяжения спиральной пружины в направлении упоров или от них может быть связан с рычагом, воздействующим, в свою очередь, на спиральную пружину, В одном исходном положении рычаг может быть подпружинен в направлении блокирования для компенсации износа. Это легко реализовать, в частности, за счет спиральной пружины. Чтобы в случае выхода актуатора из строя обеспечить надежное затормаживание или блокирование, т.е. чтобы создать защищенное от отказов шарнирное устройство, спиральная пружина натяжена против актуатора в направлении блокирования. При выходе актуатора из строя спиральная пружина самопроизвольно поворачивается в направлении упоров, что вызывает начальное тормозное действие, которое усиливается за счет самоусиления и, тем самым, натяжения спиральной пружины к упорам. Благодаря этому при выходе актуатора из строя можно всегда блокировать направление его поворота. В случае коленного сустава или его ортеза произошло бы блокирование сгибания, чтобы избежать случайного подкашивания ноги.
В одном варианте осуществления изобретения предусмотрено сенсорное устройство, которое измеряет моменты, угловые положения верхней и нижней частей по отношению друг к другу или действующие на шарнирное устройство усилия. Это сенсорное устройство связано с блоком управления, который в зависимости от измеренных величин или параметров приводит в действие актуатор и натягивает или ослабляет спиральную пружину. В зависимости от нагрузки и положения это вызывает блокирование или отпускание тормозного механизма, в результате чего происходит согласованное с ситуацией торможение шарнирного устройства. Например, при спотыкании носителя протеза или ортеза тормозной механизм может быть активирован, а шарнирное устройство блокировано, что предотвращает случайное подкашивание ноги. Сгиб колена можно, тем самым, целенаправленно ограничить.
В одном варианте осуществления изобретения актуатор связан с блоком управления, который посредством миоэлектрических сигналов вызывает включение или выключение актуатора. Так, благодаря миоэлекгрическим сигналам суставы могут блокироваться или деблокироваться в определенном положении.
Точно так же возможно, чтобы с актуатором было связано устройство для определения пространственной ориентации верхней и/или нижней части. Также с актуатором может быть связано устройство для определения возникающих ускорений верхней и/или нижней части или закрепленных на них устройств. Это позволяет управлять ортезом/протезом или устройством, в которое помещается шарнирное устройство, с помощью сигнала абсолютного угла, т.е. ориентации либо верхней, либо нижней части относительно вертикали. За счет положения верхней и нижней частей по отношению друг к другу известен угол сгибания сустава, например коленного, так что известна также абсолютная ориентация в пространстве как верхней, так и нижней части или закрепленных на них устройств. Следовательно, устройство в виде датчика абсолютного угла может быть установлено на верхней или нижней части или на закрепленном на ней устройстве. Это позволяет управлять актуатором на основе информации о пространственной ориентации шарнирного устройства или системы, в которой оно расположено. Это управление возможно также на основе возникающих и измеренных ускорений. Таким образом, в зависимости от абсолютного угла и возникающих ускорений тормоз может быть активирован и/или дезактивирован.
В случае многозаходного выполнения спиральной пружины обеспечивается особенно легкая подвижность. Связанную с этим потерю поверхности трения можно компенсировать за счет увеличения диаметра спиральной пружины и упоров.
За счет нелинейной геометрической формы спирали можно достичь прогрессивной тормозной характеристики. Точно так же за счет изменения числа витков спирали можно регулировать момент срабатывания. Чем больше витков имеет спиральная пружина, тем длиннее ход срабатывания, однако это позволяет очень хорошо регулировать тормозной момент. Чтобы реализовать определенные допуск на регулирование и «мягкость» активирования, один упор может быть расположен с возможностью ограниченного осевого смещения. Геометрическая форма спирали не ограничена постоянно-криволинейными зазорами или витками. Могут быть предусмотрены также витки с изменяющимся сечением, шагом, ориентацией и т.п. Могут быть предусмотрены также блочные элементы.
Пример осуществления изобретения более подробно поясняется с помощью чертежей, на которых изображают:
- фиг.1: шарнирное устройство в собранном состоянии;
- фиг.2: вид снизу шарнирного устройства из фиг.1;
- фиг.3: вид сверху шарнирного устройства частично в разрезе;
- фиг.4: разрез шарнирного устройства в окончательно собранном состоянии;
- фиг.5: фрагмент А из фиг.4 в увеличенном виде;
- фиг.6: различные виды многозаходной эйлеровой спиральной пружины;
- фиг.7: различные виды нелинейной спиральной пружины;
- фиг.8: частичный вид варианта шарнирного устройства.
На фиг.1 при виде сверху изображено окончательно собранное шарнирное устройство 1 из верхней 2 и нижней 3 частей. Термины «верхняя часть» и «нижняя часть» не означают технического ограничения конкретного расположения, а, напротив, верхняя часть может быть расположена как на проксимальном, так и на дистальном конце протеза или ортеза. То же относится и к нижней части.
Верхняя часть 2 содержит L-образную скобу 21, которая соединена с ней с возможностью осевого перемещения, например привинчена к ней или надета на нее. К скобе 21 винтами 71 прочно привинчен упор (не показан). Перед скобой 21 в направлении нижней части 3 с возможностью поворота в обоих направлениях вокруг оси 4 поворота посредством актуатора (не показан) установлен исполнительный рычаг 40. Он может поворачиваться относительно верхней части 2 и перемещает спиральную пружину, которая жестко закреплена винтами 51 на нижней части 3. Верхняя 2 и нижняя 3 части могут быть закреплены на крепежных элементах ортезов или протезов.
На фиг.2 изображен вид снизу шарнирного устройства 1. Верхняя часть 2 образует несущую поверхность, на которой винтами 61 жестко установлен второй упор, соединенный с ней в функциональный узел. Нижняя часть 3 установлена с возможностью поворота относительно верхней части 2 вокруг центральной оси 4 поворота. На нижней части 3 выполнена кругообразная крышка, на которой спиральная пружина фиксируется винтами 51.
Возможное выполнение спиральной пружины 5 изображено на фиг.3, показывающей разрез верхней 2 и нижней 3 частей и спиральной пружины 5. Скоба 21, рычаг 40 и верхняя кругообразная крышка 53 не показаны.
Спиральная пружина 5 жестко установлена на нижней части 3 посредством распределенных по периферии винтов 51. Она имеет кругообразное сечение с однозаходным витком, который спиралеобразно проходит снаружи до оси 4 вращения против часовой стрелки внутрь. Параллельно оси 4 поворота и, совпадая с ней, спиральная пружина 5 может за счет срабатывания рычага 40 натягиваться против часовой стрелки в направлении навивки, в результате чего она сжимается внутрь в направлении оси 4 вращения. Отдельные витки спирали смещаются внутрь и прижимаются затем к упорам 6, 7, жестко установленным на верхней части 2 винтами 61, 71. В зависимости от выполнения упоров 6, 7 и спиральной пружины 5 можно достичь торможения при вращении в направлении навивки и против него.
На фиг.4 в разрезе особенно хорошо видны конструкция и принцип действия шарнирного устройства 1. Верхняя 2 и нижняя 3 части закреплены друг на друге с возможностью поворота по отношению друг к другу вокруг оси 4 поворота. На верхней части 2 с закрепленной винтами или штифтами скобой 21 посредством винтов 61, 71 жестко установлены упоры 6, 7. Они имеют коническую форму и расположены по отношению друг к другу так, что образуется расширяющаяся радиально наружу клиновая камера. Внутри нее расположена спиральная пружина 5, которая жестко закреплена на нижней части 3 распределенными по ее периферии винтами 51. Спиральная пружина 5 прилегает одной стороной непосредственно к нижней части 3, а другой стороной - к крышке 53. Рычаг 40 установлен также с возможностью поворота вокруг оси 4 вращения, являющейся в то же время осью натяжения, и воздействует на центр спиральной пружины 5. При приведении в действие рычага 40, как показано на фиг.1, против часовой стрелки спиральная пружина 5 натягивается внутрь. Отдельные витки спирали со своей конической формой стремятся сместиться внутрь. Однако это невозможно из-за латеральных ограничений за счет упоров 6, 7, действующих в качестве тормозных дисков. Боковые поверхности спиральной пружины 5 заклиниваются на упорах 6, 7, в результате чего реализуется тормозной или блокировочный момент. Если же рычаг 40 движется по часовой стрелке против направления навивки, то витки спирали расширяются наружу. За счет этого уменьшается или устраняется трение между боковыми поверхностями спиральной пружины 5 и упорами 6, 7, так что в крайнем случае больше не возникает контакта между ней и упорами 6, 7. Тем самым, сустав или шарнирное устройство 1 свободно движется. Если блокированный сустав или блокированное шарнирное устройство 1 движется против направления навивки спиральной пружины 5, то трение между ее боковыми поверхностями и упорами 6, 7 вызывает расширение витков, в результате чего сустав в этом направлении всегда свободно движется, тогда как он во встречном направлении движения автоматически блокируется.
В случае изображенного принципа необходимое для создания тормозного или блокировочного момента нормальное усилие действует перпендикулярно соответствующей клиновой поверхности. Чтобы уменьшить нагрузки на конструктивные элементы, такие как спиральная пружина 5 и упоры 6, 7 при заданном тормозном моменте, рекомендуется реализовать как можно больше поверхностей трения. В данном случае предусмотрены два упора 6, 7. Они разжимаются при блокировании шарнирного устройства 1 и трутся, таким образом, о пружину 5.
Если оба упора 6, 7 установлены с возможностью ограниченного осевого перемещения, то направленное радиально внутрь движение витков спирали вызывает дополнительное трение наружных поверхностей 36, 537 трения упоров 6, 7 о нижнюю часть 3 и кругообразную крышку 53. За счет этого возникают, в общей сложности, четыре тормозные поверхности, что при заданном реализуемом тормозном моменте означает разгрузку пружины 5. Число поверхностей трения можно увеличить, соединив упоры 6, 7 или нижнюю часть 3 и крышку 53 с пакетом пластин, изображенным на фиг.8. Можно также установить аксиально рядом друг с другом несколько упоров и спиральных пружин. Если предусмотреть две спиральные пружины с разными направлениями навивки, то это позволит блокировать сустав одновременно в обоих направлениях движения.
Как уже сказано, посредством рычага 40 спиральная пружина 5 может быть натяжена или ослаблена, в результате чего сустав или шарнирное устройство 1 может либо раскрываться, либо блокироваться. При этом рычагом 40 может служить также зубчатое колесо или его сегмент. Посредством зубчатой передачи может тогда осуществляться непосредственная связь серводвигателя в качестве актуатора с зубчатым колесом и, кроме того, со спиральной пружиной или пружинами, благодаря чему можно уменьшить требуемое конструктивное пространство. Согласование с изменяющимися усилиями может осуществляться не за счет изменения длины исполнительного рычага, а за счет изменения передаточного отношения.
На фиг.5 между верхней 2 и нижней 3 частями расположен радиальный подшипник скольжения 8, который прижат к торцевым поверхностям упоров 6, 7, к верхней части 2 и скобе 21. Подшипник 8 необязательно должен прижиматься к торцевым поверхностям, однако важно, чтобы он был защищен от слишком больших осевых смещений. За счет этого в ненатяженном состоянии спиральной пружины 5 обеспечивается скольжение вокруг оси 4 поворота. На фиг.5 виден также датчик 9 угла, который измеряет угловое положение верхней части 2 относительно нижней части 3 и передает эти данные устройству управления, которое, в свою очередь, приводит в действие актуатор, например исполнительный или серводвигатель. Благодаря этому можно блокировать или раскрыть шарнирное устройство 1. В верхнюю часть 2 или предпочтительно в нижнюю часть 3 может быть к тому же интегрирован датчик момента.
Вместо винтов 51 крышка 53 может быть непосредственно свинчена с нижней частью 3 при помощи резьбы, причем предусмотрен предохранитель от проворачивания. Как и с помощью винтов 51, посредством резьбы можно регулировать зазор и удерживать вместе детали.
Во избежание нежелательного натяжения может потребоваться, чтобы верхняя часть 2 и закрепленная на ней скоба 21 обеспечивали осевой зазор и чтобы тормозные поверхности или упоры 6, 7 могли аксиально слегка смещаться по отношению друг к другу. В этом случае скоба 21 закреплена на верхней части 2 с зазором или посредством двух штифтов, обеспечивающих осевое смещение.
Геометрическая форма кривой спиральной пружины 5 оказывает сильное влияние на характеристику шарнирного устройства 1. Спирали с большим числом витков имеют более длинный ход срабатывания, чем спирали с небольшим числом витков, однако реализованный тормозной момент можно регулировать существенно точнее. Нелинейные формы спиралей возможны, чтобы достичь, например, прогрессивной тормозной характеристики или оптимизировать нагрузку спиральной пружины.
Чтобы уменьшить момент срабатывания посредством рычага 40, можно разрезать несколько витков параллельно друг другу, т.е. образовать один многозаходный виток, как это показано, например, на фиг.6.
В случае применения в ортезах или протезах коленных суставов шарнирное устройство 1 настроено на режим блокирования, который гарантирует, что при выходе актуатора из строя сустав не сможет свободно поворачиваться. Этого можно достичь за счет натяжения рычага 40, например посредством пружины, в блокированное положение. Раскрытие шарнирного устройства или тормозного механизма происходит тогда активно против усилия пружины, например также против натяжения посредством спиральной пружины 5. В качестве альтернативы натяжению посредством спиральной пружины 5 может быть предусмотрена отдельная пружина, одновременно вызывающая автоматическую компенсацию износа. Раскрытие шарнирного устройства 1 происходит тогда активно против усилия пружины. Если натяжение против актуатора выбрано в середине представляющего интерес диапазона моментов, то реализуемый тормозной момент может быть дополнительно усилен или ослаблен.
Также можно предусмотреть большее число упоров 6, 7, например в виде пакета, как у многодисковой муфты, чтобы дополнительно уменьшить нагрузку спиральной пружины 5. Также вместо прямоконусного выполнения упоров 6, 7 можно предусмотреть кривизну, чтобы при смещении витков спирали внутрь обеспечить особое возрастание тормозного момента.
Если упоры 6, 7 выполнены так, что они образуют сужающуюся радиально наружу клиновую камеру, то направления вращения следует соответственно реверсировать, поскольку расширение спиральной пружины 5 вызывает ее натяжение к упорам 6, 7 и позволяет реализовать тормозной момент.
Благодаря изображенному варианту возможно легкое раскрытие шарнирного устройства под нагрузкой за счет актуатора с электроприводом или же за счет приведения в действие вручную. В экстренном случае и при выходе актуатора из строя шарнирное устройство всегда блокировано в направлении поворота, если в исходном положении спиральная пружина 5 находится в контакте с упорами 6, 7. В результате поворота верхней 2 и нижней 3 частей по отношению друг к другу происходят реализация тормозного момента и усиление тормозного действия за счет заклинивания.
В качестве альтернативы изображенному варианту только с одной спиральной пружиной 5 аксиально рядом друг с другом, действуя в противоположных направлениях, могут быть расположены две спиральные пружины, так что может быть получен действующий в обоих направлениях поворота тормоз, который требует небольшого числа деталей и может включаться под нагрузкой в обоих направлениях движения.
Описанное выше шарнирное устройство может использоваться также в произвольно часто прокручивающихся компонентах и применимо, тем самым, также для обгонных муфт или стопоров обратного хода.
На фиг.6 изображен вид сверху спиральной пружины 5 с эйлеровыми витками, т.е. с линейной геометрией спирали. В общей сложности, предусмотрены четыре захода с тремя с половиной витками каждый, так что за счет относительно большой поверхности витков возникает возможность относительно легкого смещения и проворачивания спиральной пружины 5. На фиг.6а, где показан разрез по линии А-А из фиг.6, видно расположение спиральной пружины 5 между двумя упорами 6, 7. На ее внешней периферии, в данном случае симметрично друг против друга, выполнены отверстия 55, в которые могут быть вставлены крепежные винты или штифты 51 для закрепления спиральной пружины 5 на нижней части 3. На фиг.6а обозначен угол α клина спиральной пружины 5, составляющий от 10 до 50°, в данном случае приблизительно 30°. Угол α является одновременно углом клина между упорами 6, 7.
Спиральная пружина сужается в радиальном направлении, как видно на фиг.6а и 6с, и предполагается воронкообразование в направлении оси 4 вращения.
На фиг.6b в увеличенном виде изображен фрагмент В из фиг.6а.
На фиг.7 изображен вид сверху спиральной пружины 5 нелинейной геометрической формы. Пружина 5 имеет четыре витка с длиной навивки приблизительно 225°, за счет чего возникает ее существенно более жесткая характеристика, чем у спиральной пружины 5 на фиг.6. Также у пружины 5 на фиг.7 по ее периферии распределены отверстия 55, в данном случае в большем числе, чем у пружины на фиг.6. Отверстия 56 меньшего диаметра служат для экономии материала, однако вместе с штифтами могут использоваться для передачи момента. На фиг.7а видны угол α клина и угол клина упоров 6, 7 (не показаны) по отношению друг к другу. На фиг.7с изображено чашеобразное углубление в направлении оси 4 вращения.
На фиг.8 в разрезе аналогично фиг.5 изображен фрагмент альтернативного выполнения шарнирного устройства. Вместо передачи сил трения исключительно на поверхностях контакта спиральной пружины 5 с упорами 6, 7 и на наружных поверхностях 36, 537 трения в нижней части 3 и в крышке 53 выполнены клиновые профили 30, 530, в которых с возможностью осевого смещения и жестко установлены фрикционные пластины 531, 532, 533, 31, 32, 33. Вместо клинового профиля 30 могут быть предусмотрены также штифты или другие, обеспечивающие соединение с геометрическим замыканием элементы. Жесткая установка может обеспечиваться за счет геометрического замыкания выступов на периферии пластин 31, 32, 33, 531, 532, 533 и пазов и насечек в нижней части 3 и в крышке 53. Между пакетами пластин 31, 32, 33, 531, 532, 533 на обращенной к верхней части 2 стороне шарнирного устройства в упорах 6, 7, скобе 21 и верхней части 2 расположены штифты 16, 17 для передачи момента. На штифты 16, 17 насажены фрикционные пластины 71, 72, 62, 63, в результате чего возникает аксиально подвижно, моментно-жесткое соединение. Штифты 16, 17 запрессованы в упоры 6, 7. При вращении спиральной пружины 5 в направлении навивки ее витки прилегают к упорам 6, 7 и отжимают их наружу. За счет этого пакеты пластин вследствие осевой подвижности и моментно-жесткой установки в нижней части 3 и в верхней части 2 (не показана) прижимаются друг к другу и предотвращают или затрудняют вращательное движение верхней части 2 относительно нижней части 3. Замыкающая пара трения реализована поверхностью между приданной верхней части 2 ведомой частью 73, 64 и крышкой 53 или нижней частью 3.
В изображенном варианте в распоряжении имеются, в общей сложности, 16 пар поверхностей трения, благодаря чему существенно повышается площадь трения. Чем больше предусмотрено пластин, тем больше площадь трения. Также в случае выполнения шарнирного устройства с пакетами пластин возможно расположение нескольких спиральных пружин, при необходимости с противоположным направлением навивки. Также возможно применение в прокручивающихся компонентах.
1. Шарнирное устройство для ортезов или протезов, содержащее верхнюю часть, установленную на ней с возможностью вращения вокруг оси поворота нижнюю часть и тормозной механизм, выполненный с возможностью затормаживания или блокирования движения поворота нижней части относительно верхней части, отличающееся тем, что между двумя упорами (6, 7) с возможностью натяжения вокруг оси (4) скручивания параллельно оси поворота установлена спиральная пружина (5), которая при натяжении в направлении упоров (6, 7) вступает в контакт с ними.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ось (4) скручивания совпадает с осью поворота.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что упор (6, 7) выполнен радиально-коническим или радиально-криволинейным.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что конфигурация спиральной пружины (5) соответствует конфигурации упоров (6, 7).
5. Устройство по одному из пп.3 или 4, отличающееся тем, что угол (а) клина упоров (6, 7) составляет от 10 до 50°.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что спиральная пружина (5) выполнена с возможностью регулирования своего натяжения.
7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в своем исходном положении спиральная пружина (5) находится в контакте с упорами (6, 7).
8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что спиральная пружина (5) связана с актуатором, который выполнен с возможностью ее натяжения к упорам (6, 7) в направлении навивки спирали или против него.
9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что актуатор представляет собой исполнительный двигатель.
10. Устройство по п.8 или 9, отличающееся тем, что актуатор связан со спиральной пружиной (5) посредством рычага (40), или зубчатого колеса, или его части.
11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что рычаг (40) или зубчатое колесо подпружинен в направлении блокирования.
12. Устройство по п.8, отличающееся тем, что в своем исходном положении спиральная пружина (5) натяжена к актуатору в направлении блокирования.
13. Устройство по п.8, отличающееся тем, что предусмотрено сенсорное устройство (9), выполненное с возможностью измерения усилий, моментов и/или углового положения верхней и нижней частей (2, 3) по отношению друг к другу и связанное с блоком управления, который, в свою очередь, выполнен с возможностью приведения в действие актуатора в зависимости от измеренных величин и с возможностью натяжения спиральной пружины (5).
14. Устройство по п.8, отличающееся тем, что актуатор выполнен с возможностью управления посредством миоэлектрических сигналов.
15. Устройство по п.8, отличающееся тем, что с актуатором связано устройство для определения пространственной ориентации верхней части и/или нижней части.
16. Устройство по п.8, отличающееся тем, что с актуатором связано устройство для определения возникающих в ортезе ускорений верхней и/или нижней части или закрепленных на них устройств.
17. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере один упор (6, 7) установлен с возможностью осевого смещения.
18. Устройство по п.1, отличающееся тем, что спиральная пружина (5) выполнена многозаходной.
19. Устройство по п.1, отличающееся тем, что спиральная пружина (5) имеет нелинейную геометрическую форму.
20. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упоры (6, 7) связаны с пакетом пластин для увеличения числа поверхностей трения.
