Шарнирное устройство
Изобретение относится к медицине. Шарнирное устройство ортеза или протеза содержит верхнюю часть, нижнюю часть, шарнир, имеющий ось шарнира. Верхняя часть установлена относительно нижней части с возможностью поворота вокруг этой оси. Устройство имеет исполнительное устройство, выполненное с возможностью оказания влияния на угловое смещение верхней части относительно нижней части. Это исполнительное устройство установлено на верхней части в месте крепления к верхней части, а на нижней части установлено в месте крепления к нижней части. Между местом крепления к верхней части и местом крепления к нижней части размещено по меньшей мере два шарнира. Шарниры делают возможным угловое смещение исполнительного устройства относительно места крепления к верхней части и места крепления к нижней части, и каждый из них образует по меньшей мере одну поворотную ось, из которых по меньшей мере одна ориентирована непараллельно оси шарнира. Изобретение обеспечивает возможность легко подгоняться под соответствующего пользователя и требует минимального объема. 16 з.п. ф-лы, 8 ил.
Данное изобретение касается шарнирного устройства протеза или ортеза, или для протеза или ортеза с верхней частью, нижней частью, с шарниром, имеющим ось шарнира, причем верхняя часть установлена относительно нижней части с возможностью поворота вокруг этой оси, и с исполнительным устройством, которое выполнено с возможностью оказывать влияние на угловое смещение верхней части относительно нижней части, причем это исполнительное устройство установлено на верхней части в месте крепления к верхней части, а на нижней части – в месте крепления к нижней части.
Шарнирные устройства могут устанавливаться в ортезах или протезах. Ортезы используются среди прочего для того, чтобы усиливать или поддерживать работу еще имеющейся конечности. Для этого ортез закрепляется на еще имеющейся конечности. В случае ортеза нижней конечности, например, ортеза, захватывающего коленный сустав, на бедро и на голень накладываются шины, которые соединены друг с другом посредством коленного шарнира ортеза. В случае голеностопного ортеза ступня фиксируется на стопной части, которая посредством голеностопного шарнира ортеза соединена с голенной шиной. То же относится и к тазобедренному ортезу или к ортезу, который перекрывает более двух настоящих суставов. Кроме того, ортезы могут устанавливаться также на верхних конечностях.
Недостающие конечности заменяются протезами. Если отсутствуют настоящие суставы, например, коленный сустав, то отсутствующий настоящий коленный сустав заменяется протезом коленного сустава. Верхняя часть протеза коленного сустава закрепляется на культе бедра через тело бедренной кости. На бедренной части нижняя часть протеза коленного сустава закреплена поворотно. На голенной части установлены трубка голени и протез ступни, при необходимости с протезом голеностопного сустава.
Для того чтобы оказывать влияние на движения отдельных компонентов, как в ортезах, так и в протезах, например, для поддержания поворотного движения или для его предотвращения могут использоваться исполнительные устройства. Поддержка движения осуществляется за счет подвода энергии из аккумулятора энергии, например, через пружинный механизм, или же с помощью моторного привода, который обеспечивает энергию из аккумулятора энергии для накопления, как правило, электрической энергии. Для ограничения движения, например, для демпфирования движения сгибания или движения разгибания, или для замедления используются демпферы, например, гидравлические демпферы или пневматические демпферы. В соответствующем шарнирном устройстве могут использоваться упорные элементы для того, чтобы при достижении максимального положения, будь то сгибание или разгибание, обеспечивать мягкий упор.
Шарнирное устройство для нижних конечностей известно, например, из DE 10 2015 113 799 A1.
В частности, в ортезировании, но также и в протезировании до сих пор возникает необходимость в том, чтобы имеющиеся сопрягаемые детали размещались параллельно поддерживаемым частям тела, с тем чтобы поворотные оси были соосны друг с другом. В частности, при располагаемых сбоку рядом с конечностью исполнительных устройствах, таких как демпферы или приводы, из–за этого получается большой конструктивный объем, поскольку эти компоненты не могут устанавливаться, следуя контуру тела.
Задача данного изобретения заключается в том, чтобы предложить шарнирное устройство, которое может легко подгоняться под соответствующего пользователя и требует минимального объема.
Согласно изобретению, эта задача решается посредством шарнирного устройства с признаками главного пункта формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения и модификации изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы, в описании, а также на чертежах.
Шарнирное устройство для протеза или ортеза, или для протеза или ортеза с верхней частью, нижней частью, с шарниром, имеющим ось шарнира, причем верхняя часть установлена относительно нижней части с возможностью поворота вокруг этой оси, и с исполнительным устройством, которое выполнено с возможностью оказывать влияние на угловое смещение верхней части относительно нижней части, причем это исполнительное устройство установлено на верхней части в месте крепления к верхней части, а на нижней части установлено в месте крепления к нижней части, предусматривает, что между местом крепления к верхней части и местом крепления к нижней части расположено по меньшей мере два шарнира, что эти шарниры дают возможность углового смещения исполнительного устройства относительно места крепления к верхней части и места крепления к нижней части и образуют каждый по меньшей мере одну поворотную ось, из которых по меньшей мере одна ориентирована не параллельно оси шарнира. Указанное исполнительное устройство не должно быть обязательно закреплено непосредственно на верхней части и на нижней части, оно может быть установлено через промежуточные элементы, крепежные детали, удлинители или другие конструктивные элементы в соответствующем месте крепления к нижней части или в месте крепления к верхней части. Благодаря тому, что между местом крепления к верхней части и местом крепления к нижней части расположено по меньшей мере два шарнира, возникает возможность того, что даже при не прямолинейной ориентации места крепления к верхней части относительно места крепления к нижней части и, тем самым, при наклонной или повернутой ориентации исполнительного устройства относительно оси шарнира крепление этого исполнительного устройства может происходить максимально близко к телу, соответственно, близко к верхней части или нижней части. Таким образом, возможно, что шарнирное крепление исполнительного устройства и механическая структура, которая воспринимает силы исполнительного устройства, и в случае ортеза передает на конечности, выполняется так, что возможна подгонка к контуру тела, без необходимости ручной обработки для согласования формы сопрягаемых деталей. То же относится и к протезам, у которых механическая структура как правило состоит из гильзы как верхней части и шарнирно установленной на ней нижней части, и демпфирующие усилия или приводные усилия через исполнительное устройство передаются на верхнюю часть и нижнюю часть. Поскольку обычно компоненты ортезов различной формы и с различными углами предлагаются в качестве стандартных деталей, то их необходимо путем механической обработки, такой как обжатие или укорочение, подгонять под контур соответствующей конечности, например, ноги. То же относится и к протезам, гильзы которых зачастую изготовляются как единичные изделия по отдельному заказу, или как пробные гильзы протезов могут индивидуально подгоняться к контуру тела. Для того, чтобы закрепить исполнительное устройство на протезе или ортезе, зачастую необходима дополнительная механическая обработка, или же нужно предусмотреть дистанцирующие элементы, чтобы компоненты, которые следуют за движением разгибания или сгибания, обычно двигались в одной плоскости, которая перпендикулярна поворотной оси. Благодаря расположению или образованию по меньшей мере двух шарниров, которые позволяют угловое смещение исполнительного устройства относительно места крепления к верхней части и места крепления к нижней части, и образуют по одной поворотной оси, из которых по меньшей мере одна ориентирована не параллельно оси шарнира, можно устанавливать угол исполнительного устройства для оптимальной подгонки к контуру тела.
Одна модификация изобретения предусматривает, что первая поворотная ось ориентирована под прямым углом к оси шарнира, так что возможно отклонение перпендикулярно оси шарнира. Благодаря этому может легко происходить отклонение из плоскости, ориентированной перпендикулярно поворотной оси.
В одной модификации изобретения предусмотрено, что первая поворотная ось ориентирована под прямым углом к второй поворотной оси. В одной модификации предусмотрено, что обе поворотные оси не параллельны друг другу, а также не ориентированы параллельно оси шарнира, благодаря чему становится возможной практически любая настраиваемость ориентации исполнительного устройства относительно оси шарнира и соответствующего места крепления.
Обе поворотные оси предпочтительно лежат в одной общей плоскости и пересекаются предпочтительно в одной точке. Эта точка пересечения обеих поворотных осей не обязательно должна быть точкой на оси шарнира, но предпочтительно лежит на оси шарнира, так что все три оси пересекаются в одной общей точке.
Предпочтительно указанное исполнительное устройство выполнено как линейный исполнительный механизм и либо активно вызывает угловое смещение верхней части относительно нижней части, либо демпфирует или тормозит поворотное движение верхней части относительно нижней части.
Это исполнительное устройство может быть выполнено как электрический, пневматический или гидравлический привод при активной поддержке соответствующего движения или как гидравлический или пневматический демпфер, или как электрический, пневматический, механический или магнитный тормоз, если это исполнительное устройство должно оказывать тормозящее или демпфирующее действие.
В одной модификации изобретения предусмотрено, что по меньшей мере одна из поворотных осей лежит в плоскости поворота, которая ориентирована под прямым углом к оси шарнира. Благодаря этому возможно проворачивание исполнительного устройства вокруг поворотной оси без нарушения движения вокруг оси шарнира.
В одной модификации изобретения предусмотрено, что исполнительное устройство закреплено на держателе, который расположен между осью шарнира и местом крепления к верхней части или местом крепления к нижней части. При этом в держателе выполнена по меньшей мере одна из указанных поворотных осей. Таким образом, под этим держателем подразумевается промежуточный элемент, который установлен или может быть установлен на нижней части или на верхней части. На этом держателе закреплена одна часть исполнительного устройства, например, в случае линейного исполнительного механизма это корпус или движущаяся в корпус и из корпуса управляющая штанга, например, шток поршня или перемещаемый с помощью мотора компонент. Соответствующий другой конец этого исполнительного устройства в таком случае может быть закреплен на другом компоненте шарнирного устройства, т.е. на нижней части или на верхней части, и передавать силы исполнительного устройства на соответствующий компонент. За счет этого варианта выполнения держателя для крепления между исполнительным устройством и верхней частью или нижней частью можно подготовить стандартизируемый, предварительно изготавливаемый модуль, который устанавливается на верхней части или на нижней части на соответствующем месте крепления, и образовать место стыковки с исполнительным устройством или место опоры для него. Благодаря этому могут использоваться экономичные стандартные конструктивные элементы, чтобы стандартные компоненты можно было подгонять под индивидуальный контур тела соответствующего пользователя.
Держатель может иметь крепежную пластину, которая установлена без возможности проворачивания на верхней части или на нижней части, чтобы можно было эффективно передавать силы и моменты на верхнюю часть и на нижнюю часть. Кроме того, за счет такой установки держателя на верхней части или на нижней части без возможности проворачивания достигается достаточно стабильное направление исполнительного устройства на верхней части или на нижней части.
Если исполнительное устройство выполнено как линейный исполнительный механизм, предпочтительно на держателе на расстоянии от оси шарнира предусмотрено место опоры, в котором исполнительное устройство установлено на держателе либо корпусом, либо выдвигаемой штангой. Благодаря этому можно оказывать момент относительно оси шарнира, либо воспринимать его, чтобы вызывать угловое смещение верхней части относительно нижней части или влиять на него.
В одной модификации изобретения исполнительное устройство установлено на раме, которая имеет одно крепежное устройство или несколько крепежных устройств для реверсивного расположения на верхней части и на нижней части. С помощью этой рамы можно создать стандартизированный интерфейс, например, при закрепленных на нем устройстве управления, сенсорах или других компонентах. Кроме того, с помощью этой рамы можно создать интерфейс для исполнительного устройства, так что могут быть заранее выполнены различные верхние части или нижние части с крепежными выводами для этих крепежных устройств, так что на этой раме могут испытываться различные компоненты. В частности, для пробных ортезов или пробных протезов такой вариант выполнения с рамой предпочтителен, так как соответствующие компоненты могут просто крепиться на различных верхних частях, нижних частях, или же различные компоненты могут крепиться на соответствующей раме, так что возможно множество комбинаций без механических изменений в верхних частях, нижних частях, или без необходимости использования подгоночных элементов или множества дистанцирующих элементов.
В одной модификации изобретения предусмотрено, что держатель поворотно закреплен на раме, а ось шарнира и/или поворотная ось образованы между рамой и держателем. Держатель и рама образуют, таким образом, собственный шарнир, передающий силы и моменты между верхней частью и нижней частью. Такая комбинация из держателя и рамы может быть выполнена независимо от верхней части и нижней части. Верхняя часть или нижняя часть протеза представляют собой, например, гильзу протеза и дистально примыкающий к ней другой конструктивный элемент протеза, например, трубку голени, протез ступни или, в случае верхних конечностей – гильзу предплечья, тогда как у протеза верхняя часть и нижняя часть выполнены в виде шин или крепежных лонгет для установки на соответствующих конечностях или частях тела.
В одной модификации изобретения предусмотрено, что исполнительное устройство при угловом смещении вокруг оси движения совершает движение в плоскости, которая задается рамой. Это движение исполнительного устройства при этом связано с движением рамы.
Одна модификация изобретения предусматривает, что по меньшей мере один сенсор для определения угловых положений, путей, сил, моментов, пространственных положений и/или ускорений установлен в шарнирном устройстве, исполнительном устройстве, раме и/или держателе, чтобы управлять работой исполнительного устройства. Кроме того, сенсор или сенсоры связаны с электронным устройством управления и при необходимости с интерфейсом для пользователя. Эта связь может быть проводной или беспроводной. В этом интерфейсе может быть размещен проводной или беспроводной интерфейс для регулирования параметров устройства управления исполнительного устройства. Точно так же может быть предусмотрено энергоснабжение для предоставления требуемой электрической энергии для устройства управления, а также для привода или регулировки клапанов, или для создания электромагнитного поля в шарнирном устройстве, в частности, на раме.
Ниже примеры выполнения изобретения будут рассмотрены более подробно с привлечением прилагаемых чертежей. На них показано следующее.
Фиг. 1 схематичный вид сбоку шарнирного устройства в форме ортеза;
Фиг. 2 вид спереди с вертикальной ориентацией верхней части относительной нижней части;
Фиг. 3 расположение исполнительного устройства с латеральным наклоном;
Фиг. 4 расположение исполнительного устройства с медиальным наклоном;
Фиг. 5 вид сверху шарнирного устройства в форме рамы, которая шарнирно соединена с держателем; а также
Фиг. 6 – Фиг. 8 изображения одного варианта изобретения.
На Фиг. 1 на виде сбоку показано шарнирное устройство на ортезе с верхней частью 10, выполненной как лонгета или шина для установки на бедре. На верхней части 10 расположена с возможностью поворота вокруг оси 35 шарнира нижняя часть 20, которая тоже выполнена как лонгета или как по меньшей мере одна шина. Верхняя часть 10 и нижняя часть 20 посредством не представленных крепежных элементов размещены на соответствующих конечностях. Этот пример выполнения предусматривает коленный ортез, который закреплен на ноге пользователя. Верхняя часть 10 выполнена, тем самым, как бедренная лонгета или как бедренная шина, при необходимости как комбинация двух шин, которые выполнены расположенными на бедре медиально и латерально, тогда как нижняя часть 20 выполнена как голеностопная лонгета или как голеностопные шины.
Ось 35 шарнира находится в области настоящей поворотной оси соответствующего сустава, в данном примере выполнения – коленного сустава. Поскольку настоящая ось шарнира у коленного сустава вследствие его сложного устройства меняется, то ось 35 шарнира находится в области настоящей оси шарнира или на компромиссной оси сустава.
Между верхней частью 10 и нижней частью 20 расположено исполнительное устройство 40, посредством которого можно оказывать влияние на движение разгибания или движение сгибания относительно оси 35 шарнира. Это исполнительное устройство 40 может быть образовано как пассивное исполнительное устройство, в частности, как гидравлический демпфер, пневматический демпфер или как тормозное приспособление, которое приводится в действие электрически, пневматически, механически или магнитным полем. Точно так же можно выполнить исполнительное устройство 40 как привод, который работает электрически, пневматически или гидравлически. Соответствующий привод связан с устройствами 44 производства энергии, с помощью которых соответствующий привод снабжается требуемой энергией. В качестве устройств производства энергии могут быть предусмотрены аккумулятор давления, упругие элементы или батареи, или аккумуляторы. Могут предусматриваться и другие аккумулятор энергии. Точно так же можно использовать привод 40 в качестве тормоза. В представленном примере выполнения исполнительное устройство 40 выполнено как линейный исполнительный механизм и имеет корпус, в котором размещен поршень или другой линейно перемещаемый передатчик силы. В случае поршня последний соединен со штоком поршня, конец которого установлен на дистальном месте 74 опоры на держателе 70. Корпус размещен на верхнем месте 84 опоры на раме 80. С помощью этой рамы 80 и держателя 70 верхнее место 41 крепления и нижнее место 42 крепления выполнены так, что исполнительное устройство 40 с помощью этой рамы 80 и держателя 70 установлено на верхней части 10 и на нижней части 20 в месте 41 крепления к верхней части и в месте 42 крепления к нижней части. Можно также предусмотреть верхнее место 84 опоры непосредственно на верхней части 10. Точно так же можно предусмотреть и обратное расположение рамы и держателя, или установить исполнительное устройство 40 корпусом на держателе 70 на нижней части 20.
В представленном примере выполнения шарнир 30 образуется с помощью этой рамы 80 и держателя 70. Внутри держателя 70 и между местом 74 опоры на держателе 70 и местом 42 крепления к нижней части расположены два шарнира, от которых показаны только их поворотные оси 55, 65 вследствие схематичности изображения. Вокруг этих поворотных осей 55, 65 держатель 70, а тем самым и исполнительное устройство 40 могут поворачиваться относительно нижней части 20, причем диапазон поворота вокруг поворотных осей 55, 65 ограничивается упорами. В представленном примере выполнения все три оси: ось 35 шарнира, а также поворотные оси 55, 65 проходят перпендикулярно друг другу. Так должно быть, но это не обязательно. Предпочтительно все три оси 35, 55, 65 пересекаются в одной точке, чтобы обеспечивать возможность медиального и латерального поворота, а также вращения вокруг продольной протяженности нижней части 20, соответственно, конечности, не ухудшая поворотное движение относительно оси 35 шарнира.
На Фиг. 2 показан вид спереди варианта выполнения по Фиг. 1. На Фиг. 2 лучше видны место 41 крепления к верхней части и место 42 крепления к нижней части. Ось 35 шарнира проходит, по существу, горизонтально через настоящий сустав. Ортез на противоположной исполнительному устройству 40 стороне имеет поддерживающий шарнир 12, чтобы обеспечить улучшенное направление верхней части 10 относительно нижней части 20. На Фиг. 2 можно видеть также крепежные средства 25 в форме ремня, с помощью которого нижняя часть 20 может быть установлена на голени. Корреспондирующие крепежные средства предусмотрены на верхней части 10. В варианте выполнения по Фиг. 2 нога прямая, верхняя часть 10 и нижняя часть 20 соответственно ориентированы прямо относительно друг друга, соответствующая продольная протяженность верхней части 10 и нижней части 20 проходят в одной общей плоскости или в параллельных друг другу, или в, по существу, параллельных плоскостях. Внешние поверхности верхней части 10 и нижней части 20 лежат, по существу, в одной плоскости перпендикулярно оси 35 шарнира, так что как исполнительное устройство 40, так и рама 30 и держатель 70 могут быть установлены с очень тесным прилеганием к телу, соответственно, на верхней части 10 и на нижней части 20. Возможность проворачивания или возможность поворота вокруг одной из поворотных осей 55, 65 не требуется или нужна лишь в незначительной степени, чтобы компенсировать рассогласования.
На Фиг. 3 представлен возможный вариант выполнения верхней части. Верхняя часть 10 сбоку выступает над плоскостью 350 поворота, которая ориентирована перпендикулярно оси 35 шарнира; исполнительное устройство 40 с рамой 80 повернуто из плоскости 350 поворота примерно на 35о. Чтобы скомпенсировать это отклонение, в держателе 70 предусмотрен шарнир, который делает возможным угловое смещение вокруг поворотной оси 55. За счет углового смещения исполнительного устройства 40 из плоскости 350 поворота при активации возникает крутящий момент, который вызывает угловое смещение вокруг вертикальной поворотной оси 65. Благодаря выполнению шарнира 60 поворотным вокруг поворотной оси можно избежать вращения исполнительного устройства 40, когда шарнир 30 сгибается или распрямляется.
На Фиг. 4 представлен корреспондирующий вариант выполнения, при котором вместо латерального отклонения исполнительного устройства 40 происходит медиальное отклонение.
На Фиг. 2 – Фиг. 4 соответственно представлены различные поддерживающие шарниры 12; на Фиг. 2 это шаровой шарнир, на Фиг. 3 это шарнирное соединение, и на Фиг. 4 – карданный шарнир.
На Фиг. 5 показан подробный вид исполнительного устройства 40 как линейного исполнительного механизма в форме гидравлического демпфера с клапанным блоком 47, который может управляться посредством электронной схемы 100 управления. Этот электронный блок 100 управления связан с сенсорами 90, которые в показанном примере выполнения определяют силы и угловые положения. Представлен датчик угла поворота 90 вблизи оси 35 шарнира, а также датчик силы 90 на верхнем месте 84 опоры исполнительного устройства 40. Это место 84 опоры образовано на раме 80, на которой расположены как исполнительное устройство 40, так и блок 100 управления, а также интерфейс 110 пользователя. На блоке 100 управления может быть установлено дополнительное сенсорное устройство, которое определяет пространственное положение. Так называемый датчик пространственного положения предоставляет данные о положении рамы 80 или исполнительного устройства 40 в пространстве, в частности, через ориентацию относительно направления действия силы тяжести.
На раме 80, которая выполнена, например, из формоустойчивого пластика, при необходимости армированного волокном пластика или из металла, имеется несколько крепежных устройств 81 в форме цапф или сквозных отверстий, посредством которых рама 80 может быть реверсивно установлена на не представленной верхней части 10. Точно так же на раме 80 могут быть размещены другие компоненты, в частности, аккумулятор энергии. На раме 80 могут быть подготовлены разные места 84 опоры, чтобы можно было просто устанавливать на раме 80 различные исполнительные устройства или компоненты.
С возможностью поворота относительно оси 35 шарнира на раме 80 установлен держатель 70, который вместе с рамой 80 образует шарнирное устройство. Держатель 70 с помощью крепежных устройств 71 устанавливается на крепежной пластине 70a на не представленной нижней части 20 предпочтительно без возможности проворачивания. Крепежные устройства 71 могут быть выполнены как заклепки или винты, или подобные элементы, предпочтительно крепежные элементы с геометрическим замыканием. С помощью крепежных устройств 71 держатель 70 через крепежную пластину 70a может быть реверсивно установлен на нижней части 20.
Внутри держателя 70 образованы два шарнира 50, 60, которые обеспечивают угловое смещение места 74 опоры относительно крепежной пластины 70a. Первый шарнир 50 делает возможным угловое смещение вокруг первой поворотной оси 55. Эта первая поворотная ось 55 лежит в плоскости под прямым углом к оси 35 шарнира и делает возможным отклонение приблизительно в медиально–латеральном направлении, если рама 80 и держатель 70 расположены сбоку на внешней стороне ортеза. В той же плоскости лежит вторая поворотная ось 65, которая образуется вторым шарниром 60. Поворотная ось 65 проходит, по существу, в продольной протяженности шарнирного устройства, предпочтительно через ось 35 шарнира. Точно так же предпочтительно, если первая поворотная ось 55 проходит через ось 35 шарнира. Обе поворотные оси 55, 65 могут, но не должны, проходить под прямым углом друг к другу; в показанном примере выполнения обе поворотные оси 55, 65 не проходят перпендикулярно друг другу. Шарниры 50, 60 образованы на держателе 70, который с возможностью проворачивания соединен с крепежной пластиной 70a. Она является частью держателя 70 и соединена с нижней частью 20 без возможности проворачивания.
На держателе 70, кроме того, на расстоянии от оси 35 шарнира образовано дистальное место 74 опоры для установки штока поршня на держателе 70. Это место 74 опоры делает возможным угловое смещение вокруг оси, по существу, параллельной оси 35 шарнира.
Крепление исполнительного устройства 40 на верхней части 10 и на нижней части 20 происходит с помощью рамы 80 с одной стороны и держателя 70 с другой стороны. Рама 80 и крепежная пластина 70a посредством своих соответствующих крепежных устройств 71, 81 образуют место 41 крепления к верхней части и место 42 крепления к нижней части. Линейный исполнительный механизм 40 через место 84 опоры установлен на раме 80 с возможностью проворачивания. Точно так же крепежная пластина 70a и рама 80 без возможности проворачивания установлены на нижней части 20 и, соответственно, на верхней части 10, так что при угловом смещении относительно оси 35 шарнира шток поршня вдвигается в корпус линейного исполнительного механизма 40 и, соответственно, выдвигается из него.
При рассмотрении Фиг. 2 – Фиг. 4 становится ясно, что прежде всего в ортезировании, но также и в протезировании может возникнуть такая ситуация, что используемый компоненты должны располагаться как можно ближе к поддерживаемым частям тела, чтобы добиться минимального дополнительного объема на теле. С помощью исполнительного устройства 40 может осуществляться целенаправленная поддержка момента в направлении сгибания и разгибания в разных фазах движения, например, ходьбы, в каждом случае тогда, когда требуется поддержка или направление. Для этого исполнительное устройство 40 присоединяется к шарнирному устройству так, что линейное движение исполнительного устройства вызывает поддерживающий движение или противодействующий движению момент. В то время как раньше было необходимо обеспечивать с помощью дистанцирующих элементов всегда лежащую в плоскости 350 поворота ориентацию исполнительного устройства 40, то с предлагаемым изобретением шарнирным устройством можно подгонять шарнирное крепление исполнительного устройства 40 и остальные механические структуры для передачи нагрузки к контуру тела, или к соответствующим различным вариантам выполнения ортеза или протеза, и при этом не требуется ручная обработка, такая как обжатие или размещение промежуточных элементов. При этом движение линейного исполнительного механизма 40 происходит в плоскости, которая отклоняется от плоскости 350 поворота, перпендикулярной оси 35 шарнира. Такое расположение только в одной плоскости делает возможным удержание небольшим требуемого конструктивного объема. С такими шарнирными устройствами могут быть созданы компактные мехатронные ортезы или протезы. При протезировании, например, возможно использование у пациентов с очень длинной культей или у маленьких пациентов. Простой протез сустава с шарнирным соединением может быть выполнен путем монтажа сбоку предлагаемого изобретением шарнирного устройства с улучшенной функциональностью. То же относится и к протезам голеностопного сустава или тазобедренного, в принципе и к протезам верхних конечностей. С помощью шарнирного устройства, в частности, при модульном варианте выполнения с рамой 80 и крепежной пластиной 70a могут легко изготовляться пробные протезы или пробные ортезы. Кроме того, различные исполнительные устройства, такие как демпферы или приводы могут просто устанавливаться на предпочтительные стандартизированные крепежные точки на верхней части и на нижней части, так что на соответствующем пациенте может быть испробовано множество вариаций компонентов.
С предлагаемым изобретением шарнирным устройством позиционирование исполнительного устройства 40 и механическая структура для передачи нагрузки в форме верхней части и нижней части могут варьироваться в своем угловом направлении во всех трех пространственных направлениях, в частности, во фронтальной плоскости вокруг передне–задней оси, без необходимости ручных подгонок или дистанцирующих элементов. Когда найдено оптимизированное к контуру тела пользователя угловое положение исполнительного устройства, это оптимальное угловое положение можно зафиксировать посредством внешнего поддерживающего шарнира 12. Этот поддерживающий шарнир 12 расположен на контралатеральной стороне, в частности, на медиальной стороне, так как приводной блок как правило размещен на пациенте латерально. Ось вращения ортеза, например, ось 35 шарнира предпочтительно реализуется посредством двух точек: одной – шарнирного устройства 30 на стороне исполнительного устройства 40 и другой – на контралатеральной стороне, на поддерживающем шарнире 12.
За счет предлагаемого изобретением варианта выполнения исполнительное устройство может перемещаться по траектории, которая отклоняется от плоскости 350 поворота, задаваемой плоскостью, перпендикулярной компромиссной оси вращения шарнира. Благодаря дополнительным шарнирам 50, 60 предотвращается вращение исполнительного устройства 40 и минимизируется объем, ометаемый при движении, вследствие чего требуемый конструктивный объем меньше, чем при известных до сих пор выполнениях. Ориентация механических компонентов на верхней части 10 и на нижней части 20 задается в процессе сборки ортеза или протеза. В случае ортеза с помощью механического поддерживающего шарнира 12 ортез стабилизируется, и он достаточно определен в своих степенях свободы.
На Фиг. 6 – Фиг. 8 представлен еще один вариант изобретения, в котором исполнительное устройство 40 на раме 80 скрыто за облицовкой. Снаружи, как можно видеть на Фиг. 6, доступен интерфейс 110 как интерфейс между закрепленным на раме устройством 100 управления и пользователем или внешним компьютерным блоком. Можно видеть верхнее, проксимальное место 84 опоры, как и нижнее, дистальное место 74 опоры. Держатель 70 имеет два шарнира 50, 60, причем поворотные оси 55, 65 обоих шарниров 50, 60 находятся в плоскости 350 поворота под прямым углом к оси 35 шарнира. Ось 35 шарнира образована посредством подобного карданному шарниру соединения между держателем 70 и рамой 80 и зафиксирована посредством поддерживающего шарнира 12. Обе поворотные оси 55, 65 пересекаются с осью 35 шарнира.
На Фиг. 7 показан вид сзади шарнирного устройства с рамой 80 и держателем 70 и соответственно выступающие сбоку, в медиальном направлении крепежные устройства 71, 81, например, в виде болтов или гнезд под винты. Ось 35 шарнира тоже можно увидеть, как и линейный исполнительный механизм 40 внутри корпуса на раме 80, а также дистальное место 74 опоры.
На Фиг. 8 показан вид сбоку рамы 80 с медиального направления, т.е. с направления ортеза, если смотреть сверху. Ось 35 шарнира проходит под прямым углом из плоскости чертежа, причем плоскость чертежа образует соответственно плоскость 350 поворота. Дистальное место 74 опоры линейного исполнительного механизма расположено на расстоянии от оси 35 шарнира, чтобы можно было создать момент вокруг оси 35 шарнира и, соответственно, воспринимать силы. На обращенной к ортезу стороне рамы 80 образованы в целом три крепежных устройства 81, посредством которых можно закрепить раму 80 на верхней части стабильно и без возможности проворачивания. На крепежной пластине 70a расположены два крепежных устройства 71, посредством которых эта крепежная пластина 70a может быть установлена без возможности проворачивания и стационарно на не представленной здесь нижней части. С помощью крепежных устройств 71, 81 может осуществляться реверсивное крепление шарнирного устройства, которое в этом случае образуется с помощью этой рамы 80 и держателя 70.
В отличие от размещения с помощью рамы 80 указанное исполнительное устройство можно закреплять прямо на верхней части или на нижней части.
1. Шарнирное устройство ортеза или протеза, содержащее
верхнюю часть (10),
нижнюю часть (20),
шарнир (30), имеющий ось (35) шарнира, причем верхняя часть (10) установлена относительно нижней части (20) с возможностью поворота вокруг этой оси,
отличающееся тем, что имеет исполнительное устройство (40), выполненное с возможностью оказания влияния на угловое смещение верхней части (10) относительно нижней части (20), причем
это исполнительное устройство (40) установлено на верхней части (10) в месте (41) крепления к верхней части, а на нижней части (20) установлено в месте (42) крепления к нижней части,
между местом (41) крепления к верхней части и местом (42) крепления к нижней части размещено по меньшей мере два шарнира (50, 60), причем шарниры (50, 60) делают возможным угловое смещение исполнительного устройства (40) относительно места (41) крепления к верхней части и места (42) крепления к нижней части, и каждый из них образует по меньшей мере одну поворотную ось (55, 65), из которых по меньшей мере одна ориентирована непараллельно оси (35) шарнира.
2. Шарнирное устройство по п. 1, отличающееся тем, что первая поворотная ось (55) ориентирована под прямым углом к оси (35) шарнира.
3. Шарнирное устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что первая поворотная ось (55) ориентирована под прямым углом к второй поворотной оси (65).
4. Шарнирное устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что обе поворотные оси (55, 65) ориентированы непараллельно друг другу и оси (35) шарнира.
5. Шарнирное устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что поворотные оси (55, 65) лежат в одной общей плоскости.
6. Шарнирное устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что исполнительное устройство (40) выполнено как линейный исполнительный механизм.
7. Шарнирное устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что исполнительное устройство (40) выполнено как электрический, пневматический или гидравлический привод, или как гидравлический или пневматический демпфер, или электрический, пневматический, механический или магнитный тормоз.
8. Шарнирное устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что поворотные оси (55, 65) и ось (35) шарнира пересекаются в одной общей точке.
9. Шарнирное устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что по меньшей мере одна из поворотных осей (55, 65) лежит в плоскости (350) поворота, которая ориентирована перпендикулярно оси (35) шарнира.
10. Шарнирное устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что исполнительное устройство (40) закреплено на держателе (70), который установлен между осью (35) шарнира и местом (41) крепления к верхней части или местом (42) крепления к нижней части, причем в держателе (70) образована по меньшей мере одна из поворотных осей (55, 65).
11. Шарнирное устройство по п. 10, отличающееся тем, что держатель (70) имеет крепежную пластину (70a), которая установлена без возможности проворачивания на верхней части (10) или на нижней части (20).
12. Шарнирное устройство по п. 10 или 11, отличающееся тем, что ось (35) шарнира образована между верхней частью (10) и держателем (70) или между нижней часть (20) и держателем (70).
13. Шарнирное устройство по любому из пп. 10–12, отличающееся тем, что исполнительное устройство (40) выполнено как линейный исполнительный механизм и установлено на держателе (70) в месте (74) опоры на расстоянии от оси (35) шарнира.
14. Шарнирное устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что исполнительное устройство (40) установлено на раме (80), которая имеет крепежные устройства (81) для реверсивного расположения на верхней части (10) или на нижней части (20).
15. Шарнирное устройство по п. 10 или 14, отличающееся тем, что держатель (70) закреплен поворотно на раме (80) и ось (35) шарнира и/или поворотная ось (55) образованы между рамой (80) и держателем (70).
16. Шарнирное устройство по любому из пп. 10–15, отличающееся тем, что исполнительное устройство (40) при угловом смещении вокруг оси движения (35) выполняет движение в плоскости, которая задается рамой (80).
17. Шарнирное устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что по меньшей мере один сенсор (90) для определения угловых положений, путей, сил, моментов, пространственных положений и/или ускорений установлен на шарнирном устройстве, исполнительном устройстве (40), раме (80) и/или на держателе (70).
