Механизм локтевого шарнира

(54) 7) 1. МЕ РА, содер чья, устан единенный также пр еп,.оп цепью сни морегупи редппе и, со еп, а ший уз что, с УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЩРЬГГИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71 ) Украинский научно-исследовательский институт протезирования, протезостроения, экспертизы и восстановления трудоспособности инвалидов(53) 615.477,21:616-089.28 (088.8) (56) 1. Авторское свидетепьство СССР М 296570,кп. А 61 Р 1/06, 1971.2. Авторское свидетельство СССР М 670302, кп. А 61, Р 1/06, 1980 (прототип) . ХАНИЗМ ЛОКТЕВОО жащий гильзы ппеча и овпенные на локтевой с гипьэами приводной ужинный уравновешивак ичающийся тем жения энергозатрат за рования уравновешиваюшего момента в зависимости от веса эа хваченного предмета, в нем установлен цврекпючатепь в вице двух ппастин, размещенных в гипьзе предплечья и шарнирно соединенных с локтевой осью,и расположенного между пластинами двуппечего рычага с шарнирными звеньями и пружи ной, а уравновешивающий уэеп выполнен в виде фигурной пластины с ушками, имеющими пазы, с расположенными в них ограничителями, трех пружин растяжения, две иэ которых посредством ушков соединены с гильзой цпеча, а также ролика, кинематически соединенного с двуппечим рычагом, и троса, один конец которого закреплен в гильзе плеча, а цругой - на уравновешивающем уз па.2. Механизм по и. 1, о т п и ч а ющ и й с я тем, что. приводной узел включает установпенный в гильзе пред. плечья эпектромехайический привод, кинематически связанный с переключателем, причем выходной элемент привода соединен посредством кривошипа с гипьэойИзобретение относится к медицинскойтехнике, и именно к области протезостроения.Известен механизм локтевого шарнира,содержащий гипьзу предппечья, гильзуплеча, соединенные осью вращения поктевого шарнира, корпус поктевого шарнира,механизм привода поктя, состоящий изтягизакрепленной на рамке, установпенной на оси вращения поктевого шарнира,и раэгружающий механизм, состоящий из.профипированного кулачка, установпенногона оси вращения и упругого эпемента Я,Устройство позволяет уменьшить статический момент веса гильзы прецппечьяс искусственной кистью относитепьно осилоктевого шарнира.Однако вепичина компенсации статического момента ограничена жесткостьюпружины и зависит от профиля кулачка.Увеличением жесткости можно компенсировать вес тяжелых предметов, но в таком случае статический момент веса гиль"зы предплечья и искусственной кисти перекомпенсируется, при уменьшении жесткости возможно компенсировать частичновес взятых предметов, но тогца инвалиду приходится прикладывать дополнительные усилия на тягу для поднятия и удержания прецметов ипи самого протеза. 30Известен также механизм локтевогошарнира, содержаший гильзы плеча ипредплечья, с поктевой осью, пружинныйуравновешиваюший узеп и проводной уэеп,снабженный электромеханическим приводом 2,Однако это устройство не обеспечивает развития компенсирующего момента,соответствующего весу захваченного "предмета. 40Цепь изобретения - снижение энергозатрат эа счет саморегулирования уравновешивающего момента в зависимости отвеса захваченного предмета.Поставленная цепь достигается тем, .45что в механизме локтевого шарнира, содержащем гипьэы плеча и предппечья,установленные на локтевой оси, соединенный с гипьзами приводной узеп, а также пружинный уравновешивающий узел,установпен перекпючатепь в виде двухпластин, размещенных в гипьзе предппечья и шарнирно соединенных с поктевой осью, и распопоженного между ппаотинами двуппечевого рычага с шарнирны 55ми звеньями и пружиной, а уравновешивающий узел выпопнен в виде фигурнойпластины с ушками, имеющими пазы, срасположенными в них ограничителями,трех пружин растяжеиия, две из которых посредством ушков соединены с гильзой плеча, а также. ропика, кинематическим соединенного с двуппечим рычагом, и троса, один конец которого закреплен в гильзе плеча,а другой - на уравновеши вающем узле. Кроме того, приводной узел включает установпенный в гильзе предплечья электромеханический привод, . кинематически связанный с переключателем, причем выходной элемент привода соединен посредством кривошипа с гильзой плеча.На фиг, 1 показан механизм, общий вид; на фиг, 2. - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение ББ на фиг, 1; на фиг. 4 - сечение,В-В (вкпючена только пружина уравновешивания дистапьной час ти протеза); на фиг, 5 - сечение В-В (включена первая пружина уравновешивания статического момента поцнимаемого. предмета); на фиг. 6 - сечение В-В (вкпючены две пружины уравновешивания статического момента поднимаемого предмета); на фиг. 7 - механизм при установке в качестве приводного узде - эпектромеханического привода, обший виц; на фиг. 8 - сечение Г-Г на фиг. 7; на фиг 9 9 - сечение 1) -Э на фиг. 7.В гильзе плеча 1 (фиг. 1-3) на локтевой оси 2 установлен сектор 3 с закрепленной на нем тягой сгибания шарнира 4, которые образуют приводной узеп, Сектор 3 неподвижно соединяется с шиной 5. Последняя вместе с шиной 6 является каркасом, на котором смонтированы перекпючатепь и уравновешивающий механизм, расположенные в гипьзе предплечья 7. На шинах 5 и 6 имеются пазы 8 (фиг, 2 и 3) дпя установки оси 9 с воэможностью продопьного перемещения, На оси 9 установпен перекпючатепь, со-. стоящий из двуппечего рычага 10 с кнопкой 11, на которой закреплена пружина 12, спужащая дпя изменения положения переключателя при уменьшении нагрузки. К двуппечему рычагу 10 посредством оси 13 (фиг. 3) йрисоеаинены шарнирные звенья, планка 14, второй конец которой посредством оси 15 подвижно соединен с шинами 5 и 6, и штанга 16, которая посредством кронштейна 17 и оси 1 8 соединена с гипюой предплечья 7. На оси 9 установлен родик 1 9, на котором закреплен трос 20, один конец которого посредством оси 21 соецинен с гипьэой плеча 1, второй конец троса с помощью оси 22 соединен с уравновешивающим узлом выполненным в виде3 1024 фигурной пластины 23 (фиг.1 и 3) с пазами 24 и 25 для крепления ограничителей 26 и 27, установленных на ушках 28 и 29 для крепления пружин 30 и 31. Ушки 28 и 29 посредством пазов 32 и 33 соединены с упором 34, установпенвям в гильзе плеча 1. Кроме того, с фигурной пластиной соединена пружина 38, которая посредством ушка 36 свя-. зана с упором 34. 1 ОПри использовании в качестве приводного узла эпектромеханического .привода 37 (фиг. 7,8) он устанавливается в гильзе предплечья 7 и посредством кривошипа 38 и стойки 39 соединен 15 с гильзой плеча 1.Переключатель состоит иэ пластин 40 с контактным упоюм 41 и направляющих стоек 42 (фиг,8), заходящих в пазы 43 каркаса предплечья 44, установленного в гипюе предплечья 7 20 Электромеханический привод установлен на пластине 40, на каркасе предплечья 44 закреплен один конец пружины 45, а второй ее конец закреплен на пластине 40. Между цвумя пластинами 46 и 47 23 каркаса 44 установлен цвуплечий рычаг 48, закрепленный на втулке 49 и шар нирно соединенный с коромыслом 50, которое соединяется с роликом 51, установленным на оси 52 послеаняя заходит Зф в паз 53 (фиг, 3). На ролике 51 закреплен трос 20, который одним концом прис:вдинен к гильзе плеча 1 посредством оси 21, а другой конец троса 20 соединен посредством оси 22 с уравновешивающим узлом, выполненным в.виде фигурной пластины 54 с тремя пазами, закрепленной на ней посредством оси 22 пружины 55 уравновешивания цистапьной части протеза. Второй конец пружины88 соединен с ушком 56 (фиг. 7), которое установлено в гильзе пйеча 1 с помощью упора 57, На фигурной ппаетине 84 также закреплены пружины 58 и 89 для уравновешивания статических моментов. поднимаемых предметов. Эти . пружины одними концами закреплены с помощью кнопок 60 и 61 на пластине 54, а другие концы пружин закреплены на ушках 62 и 63, иа их концах такжеустановлены ограничители 64 и 65, ко 50торые заходят в пазы 66, фигурной ппаотины 84. Пружины 30,31 или 58,89 уравновешивающих механизмов установлены с предварительным натяжением, которое благодаря ограничителям 26,27 ипи 64, 68 сохраняется все время,0804Механизм локтевого шарнира работает следующим образом.В исходном повжении, когда локтевой шарнир находится в разогнутом состоянии и нагрузка на механизм облет чения сгибания в локтевом. шарнире отсутствует, цвуплечий рычаг 10 и планка. 14 цереключатепя под действием пру жин 12 посредством штанги 16 и кронштейна 17 удерживают механизм переключателя ближе к задней стенке гильзы предплечья 7, При натяжении тяги 4 сгибания локтевого шарнира сектор 3 вместе с шинами 5 и 6 поворачивает механизм переключателя вокруг оси 2. Под действием веса дистальной части протеза, который передается посредством кронштейна 17, штанги 16, планки 14 и цвуплечего рычага 10, пружина 12 раотягивается, двуплечий рычаг 10 и планка 14 поворачиваются,ось 13 приближается к осевой пинии шин 8 и 6, а ось 9 перемещается в пазу 8. Перемещение оси 9 вызывает вдвижвние установленного на ней ролика 19. Ролик, в свою очередь, производит натяжение троса 20. Так как один конец троса 20 закрейлен на неподвижной оси 21, а второй - на оси 22 фигурной пластины 23, то натяжение троса приводит к перемещению фигурной пластины 23, что вызывает растяжение пру живы 35, установленной на ушке 36, и: частичной компенсации веса дистальной части протеза (фиг.4).При сгибании предплечья с грузом, удерживаемым в кистИ, продолжается работа механизма, усиливается натяжение троса 20, фигурная пластина 23 пвреме щается на большую величину, ушко 28 перемешается вместе с сепаратором до тех пор, пока паэ 32 переместится к упору 34. Так как дальше ушко 28 двигаться нв может, то пружина 30 включается и компенсирует момент поднимаемых преаметов (фиг. 8).. Если момент поднимаемых предметов больше, чем способна компенсировать пружина, то поа действием этого момента сил,фигурная пластина 23 проаопжает движение и паз 33 ушка 29 приближается к упору 34, после чего пружина 31 вступает в действие, коьащнсируя увеличенный момент веса взятых преаметов, вследствие чего уменьшается усилие, прилагаемое инвалидом к тяге при сгиба- иии в локтевом шарнире протеза с предметом в кисти (фиг. 6).5 10240Разгибание локтевого шарнира осуществпяется за счет недокомпенсированной части веса протеза и взятых предметов, при уменьшении или снятия усилия на тяге 4, сгибающей локтевой шар з нир, Когда кисть освобождается от прецмета фигурная ппастина 23 под действием пружин 30 и 31 сдвигается в сторону упора 34, пружины 30 и 31 вкпючаются, а пружина 35 сокращается топько частично, продолжая компенсировать лишь вес дистапьной части протеза. При этом двуппечий, рычаг 10 и планка 14 поворачиваются, вслед за эт 1 им штанга 16 посредствомкронштейна 17 и оси 18 смещает гипьзу предплечья 1 в сторону незначительного сгибания, поспе чего предппечье можно сгибать и разгибать уже беэ предмета,В случае установки в приводном уэпе 20 "электромеханического привода работа механизма осушествпяется следующим оЬ- разом.В исходном состоянии пружина 55 своим натяжением уравновешивает статический момент веса дистапьной части протеза. При поступлении на эпектропривод 37 сигнапа на сгибание он через кривошип 38 и стойку 39, соединенную с гильзой плеча 1, сгибает предппечье 7.30 По мере сгибания плечо припожения сипы пружины 55. увепичивается. Уравновеши вающий момент ее изменяется в той же зависимости, что и мо.1 енг аистами- Ф части протеза. При сгибании предт 1,.ечья без груза пружина 45 уаерживает пластину 40 с упором 41 и направляющие стойки 42 в контакте с нижней частью паза 43 каркаса предппечья 44, При сгибании локтевого шарнира с грузом пружина 45.растягивается. Это вызывает сдвиг пластины 40 с упором 41 в сторону верхней части паза 43. Упор 41 поц действием момента сип, образованных весом груза, поворачивает двуплечий ры чаг 48. Через втупку 49 и коромысло 50 движение передается на ропик 51 (фиг. 9), ось 52 которого перемещается в пазу 53, Это вызывает допопнитепь ное натяжение троса 20, а значит смеще ние фигурной ппастины 23, которая растягивает дружину 55, установленную на оса 22. Растяжение пружины 55 приводит к перемещению ушка 62, на котором размещена пружина 58, бпагодаря томуф Я что паэ ушка 62 входит в контакт с упором 57, ограничитепь 64 передвигается в пазу 66 и пружина 58 откпючается от фигурной ппастины 54 и одновременно 80 еподключается к упору 57, установленному в гипюе ппеча 1 создавая допопнительный момент дпя сгибания предппечья относительно локтевой оси. Если вес пре" амета, удерживаемого кистью, не компенсируется уравновешивающей пружиной 58 пружина 45 растягивается бопьше, чем вызывается сдвиг пластины 40. и упора 41 до конца паза 43, Упор 41 поворачивает рычаг 48 с коромыспом 50. Ось 52 ропика 51 перемещается дальше по пазу 53, натяжение троса 20 увепичивается,.пружины 55 и 58 аопопнитепьно растягиваются, что приводит к смещению ушка 63 и к подключению пру жины 59, которая еще больше увеличивает момент сип, уравновешивающих вес предмета и аистапьной части прецппечья и искусственной кисти. Поспе того, как с взятым прецметом производятся необходимые движения и кисть освобожцается от предмета, момент сип, действующих на пружины 55,58 и 59 уменьшается, что приводит к их сокрашению. Ролик 51 перемещается по пазу 53 в сторону поктевого шарнира, одновременно поа действием пружины 45 ппастина 40 с упором 41 перемешается в сторону локтевого шарнира, что вызывает поворот двуппечего рычага 48 и коромыспа 50. Сокращения пружины 59; гприводит к тому, что ушка 63 посредством ограничитепя 65 подходит к концу паза 66 фигурной ппастины 54 и прекращает действовать на поктевой шарнир. Пружина 58 продолжает некоторое время сокращаться, пока ограничитепь 64 не достигнет конца паза. После этого уравновешивание дистальной , части протеза без нагрузки осуществпяется пружиной 55, На преоаопение ста тического момента дистальиой части протеза и взятого груза работают поспецоватепьно три пружины причем их вкпючение регупируется автоматически в за висимости от веса предмета, удерживаемого кистью протеза, Их включение в работу требует незначитепьного хоаа фигурной ппастины 54(ф,5 мм) и ппастины 40 (3-4).Предпагаемый механизм поэвопяет производить автоматическое регупирование вепичины уравновешивания при измене нии нагрузки на предппечье (при доднятии предметов различного веса) эа счет поочередного вкпючения уравновешивающих элементов (пружин); обеспечить равномерную нагрузку и незначительное растяжение упругих эпементов уравновешивающего механизма; а также снизить потребляемую мошность електромеханического привода без уменьшениягрузоподъемности локтевого механизма,что особенно мжно в протезиромнии,1024080 где габариты и вес узлов должны быть ограничены в соответствии с антропометрическими возможностями ин- валидов