Коленный шарнир протеза

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 3 Ш А 61 Р 1/08 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСХОМУ СВРЩЕТЕЛЬСТВУ . ЦЦЛМОТайА(71) Специальное конструкторско-технологическое бюро института технической механики АН УССР.(56) 1. Патент США Ф 3678517, кл. А 61 Р 1/08, 1975.2. Авторское свидетельство СССР У 584858, кл. А 61 Р 1/08, 1977.(54) (57) КОЛЕННЫЙ ШАРНИР ПРОТЕЗА,содержащий вилку, соединенную с голенью осью, серьгу, соединенную сбедром, втулки с закрепленными на нихрегулировочными дисками, подпружинен",ЯО 1109154 А ными стопорными пружинами, упругие элементы, закрученные навстречу один другому.и установленные между серьгой и втулкой, соединенной с голенью, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения асимметрии походки инвалида и уменьшения его энергозатрат путем нормализации динамических и кинематических параметров протеза при изменении условий движения, каждый из упругих элементов выполнен в виде пустотелой спирали, состоящий из двух частей с разными жесткостями и соединенными через злектроуправляемый клапан с источником высокогоР давления, причем жесткость упругих З элементов выполнена убывающей от их концов, соединенных с серьгой, к концам, соединенным с вилкой. С:Изобретение относится к медицинской технике, а именно к протезамнижних конечностей, кроме того, ономожет использоваться при построениишагающих механизмов,Известен коленный шарнир протеза,содержащий несколько осей, относительно которых происходит вращениезвеньев протеза, а также устройствоторможения 13,Однако этот шарнир не позволяетпроизводить управление протезом, необеспечивает симметрии ходьбы в широком диапазоне изменения условийходьбы и не обладает свойством рекуперации энергии при движении.Известен коленный шарнир протеза,состоящг из вилки, соединенной содним из звеньев протеза, серьги,соединенной с другим звеном и жестко закрепленными на ней концами пру-.жин, и втулки с закрепленными на нихрегулировочными дисками, которые фиксируются в одну сторону с помощьюстопорных пружин, регулирующихся дляопределенной походки инвалида путемзакручивания в разные стороны с помощью регулировочных дисков 23,Однако моменты сил, образуемыеЗОв результате закручивания одной пружины и раскручивания другой, попеременно тормозят, ускоряют и вновь тормозят движение голени в фазе огибания - разгибания, Кроме того происходит частичная рекуперация энергии З 5в результате сжатия - разжатия. 1 О Известный шарнир настраивается на определенный темп движения и, сле О довательно, характеристики движения также задаются настройкой протеза, например, для среднего темпа движения, Такая настройка протеза не позволяет инвалиду двигаться с другими45 темпами движения, так как получается несовпадение фаз движения здоровой ноги и протеза, появляется ассиметрия .ходьбы, возрастают энергозатраты, а при значительнЪх отклонениях параметров появляется потеря подкосоустой 5 О чивости. Устройство не обеспечивает автоматическую подстройку параметров протеза, которые обеспечивали бы нормализацию динамических и кинематических характеристик движения инвалида при изменении условий движения. Кроме того, известное устройство не обеспечивает изменение характеристик движения по законам, присущим движению на здоровой конечности.Целью изобретения является уменьшение асимметрии походки инвалидаи уменьшение его энергозатрат путемнормализации динамических и кинематических характеристик протеза приизменении условий движения,Указанная цель достигается тем,что в коленном шарнире протеза, содержащем вилку, соединенную с голеньюосью, серьгу, соединенную с бедром,втулки с закрепленными на них регулировочными дисками, подпружиненнымистопорными пружинами, упругие элемен.ты, закрученные навстречу один другомуи установленные между серьгойи втулкой, соединенной с голенью,каждый из упругих элементов выполненв виде пустотелой спирали, состоящийиз двух частей с разными жесткостями и соединенными через электроуправляемый клапан с источником высокого давления, причем жесткость упругих элементов выполнена убывающейот их концов, соединенных с серьгой,к концам, соединенным с вилкой.На фиг. 1 показан предлагаемыйколенный шарнир, общий вид; на фиг,2 вид А на фиг, 1; на фиг. 3 - сечениеБ-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - отрезокпустотелого упругого элемента; нафиг. 5 - пневматическая схема управления,Коленный .шарнир протеза содержитвилку 1, ссединенную с голенью 2,серьгу 3, соединенную с бедром 4,втулки 5 с закрепленными на них регулировочными цисками 6, которые фиксируются в одну сторону с помощьюстопорных пружин 7, упругие пустотелые элементы 8, закрученные навстречу один другому и закрепленные однимконцом на серьге 3, а другим - навтулке 5 и 9, соединяющую бедро 4и голень 2.Пустотелый упругий элемент 10 состоит из элементов 11 и 12, причем один из них, например элемент 11 имеет большую жесткость чем элемент 12, кроме того, жесткость упругих элементов уменьшается от концов, закрепленных на серьге 3, к концам, закрепленным на втулках 5. Внутренние полости упругих элементов 10 соединены через электропневмоклапаны 13 с редукторами 14, на которые подается силовое давление. Источникомсилового давления может быть, напри- мер, сжатый воздух, запасенный в баллоне 15.Устройство работает следующим образом.5В период обучения инвалида ходьбе на протезе производится подстройка предлагаемого коленного шарнира под медленный темп движения. Подстройка коленного шарнира под нужный темп10 движения осуществляется путем закручивания в разные стороны упругих элементов 10 с помощью регулировочных дисков б, При данной конструкции коленного шарнира при движении голень 2 совершает колебательное движение от- носительно бедра 4 вокруг оси 9. Период колебания голени 2 для нормаль. ного движения должен совпадать с длительностью шага, Закручивание упругих элементов 10 позволяет подстроить период колебания голени 2 под длительность шага. В данном случае период колебания голени 2 подстраивается под длительность шага при медленном25 темпе движения инвалида. При этом в состоянии покоя моменты сил, создаваемые закрученными.в разные стороны упругими элементами 10, уравно" вешивают один другого и голень 2,. находясь в некотором нейтральном положении, например на одной линии с бедром 4, Подача давления в полости упругих элементов 10, меняет их жесткости,и, следовательно, также 35 меняет и период колебания голени 2, Таким образом, настройка протеза на необходимый темп ходьбы может быть произведена подачей соответствующего давления в полости упругих элемен тов 10. Рассмотрим работу протеза в Фазу опоры,При переднем толчке за счет инер ционных сил и запасенной инвалидом .кинетической энергии происходит переднее подгибание голени 2 и вращение серьги 3 совместно с бедром 4 вокруг оси 9 и втулок 5. Вращение серьги 3 вызывает раскручивание одного упругого элемента 10 и закручивание другого, в котором происходит накопление энергии, т.е энергия движущегося тела инвалида частично переходит55 в потенциальную энергию сжатгоупругого элемента 1 О. Возникающий при этом момент сил воздействует на бедро 4 и вызывает торможение тела инвалида. После полного переднего подгибания сжатый упругий элемент 10. частично раскручивается. Энергия сжатого упругого элемента 10 идет на приподымание инвалида, При увеличении темпа движения в полости упругих элементов 10 редукторами 14 подается давление, что увеличивает жесткость упругих элементов 10, а, следователь. но, протез подстраивает под новый темп движения. При уменьшении темпа движения редуктор 14 перестраивается на новое давление, а лишнее рабочее тело стравливается через электропневматический клапан 13,Работа коленного шарнира в фазу переноса отличается только прилагаемыми силами. Заднее подгибание голени 2 осуществляется за счет инерционных сил, воздействующих на голент 2 при резком подъеме бедра 4 инвалидом в начале фазы переноса, При этом происходят описанные процессы накопления и отдачи энергии, позволяющие согнуть, а затем разогнуть голень 2 в фазу переноса. Регулирование давле ния в полостях упругих элементов 10 позволяет изменить период колебания голени 2, а, следовательно, удлинить или уменьшить фазу переноса, т.е. изменить темп движения. Описанные два случая работы коленного шарнира не предполагают регулировку давления в полостях упругих.элементов 10 в течение шага, Подстройка может вестись ст шага к шагу или на протяжении нескольких шагов, При этом отрабатывается либо Фаза огрры, либо Фаза переноса. Если ввести регу. лировку давления в полостях упругих элементов в течение шага, то появляется возможность реализации протеза, повторяющего и фазу опоры, и Фазу переноса. При этом клапан 13 и редуктор 14 должны менять давление в полостях упругих элементов 10 как в зависимости от темпа движения, так и в зависимости от Фазы шага. При этом работа протеза и предлагаемого устройства аналогична описанному, Предлагаемое устройство по сравнению с базовым образцом - коленным шарниром протеза бедра ПН 6-40 позволяет более близко повторить изменения угла между голенью и бедром, т.е. увеличить симметрию ходьбы инвалида, а также позволяет автоматизировать подстройку динамических и кинемати1 109154 6ческих параметров протеза под темп шить асимметрию ходьбы инвалида. Вве" движения. дение рекуперации энергии снижает аэнергозатраты инвалида, что позволя-:Таким образом, применение предла- ет увеличить время ходьбы инвалида на гаемого коленного шарнира позволяет 5 протезе и дает большой социальный эфза счет нормализации кинематических фект по трудовой. реабилитации инвалии динамических характеристик умень- дов.